(57)【要約】本開示は、第１誘電体の上に配置される第１磁性材料と、磁性材料の上に配置されるストリップ導体とを具備する周波数選択リミッタを対象とする。いくつかの実施形態で、周波数選択リミッタは、ストリップ導体の上に配置される第２磁性材料と、第２磁性材料の上に配置される第２誘電体とを含む。第１及び第２の誘電体は、第１及び第２の磁性材料よりも低い比誘電率を有し得る。実施形態において、周波数選択リミッタは遅波構造を含み、遅波構造は、遅波構造を伝播する電磁エネルギによって生成される磁界を磁性材料に磁気結合するよう配置される。
2019502324.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
第１及び第２の反対の面を具備する誘電体の第１層と、
第１及び第２の反対の面を具備する磁性材料の第１層であり、前記誘電体の第１層の第２の面が前記第１磁性材料の第１の面の上に配置され、前記誘電体が前記磁性材料よりも低い比誘電率を有している、前記磁性材料の第１層と、
前記磁性材料の第１層の上に配置されるストリップ導体と
を有する周波数選択リミッタ。
【請求項２】
第１及び第２の反対の面を具備する誘電体の第２層と、
第１及び第２の反対の面を具備する磁性材料の第２層であり、前記誘電体の第２層の第１の面が前記第２磁性材料の第２の面の上に配置される、前記磁性材料の第２層と、
前記磁性材料の第１層と前記磁性材料の第２層との間に配置される前記ストリップ導体と
を更に有する、請求項１に記載の周波数選択リミッタ。
【請求項３】
前記誘電体の第１層及び前記誘電体の第２層並びに前記磁性材料の第１層及び前記磁性材料の第２層の組み合わせは、入力インピーダンスＺ０を有している遅波構造を有し、
インピーダンスは、電磁エネルギが前記遅波構造を伝播するにつれて、Ｚ０よりも大きいインピーダンスから、Ｚ０よりも小さいインピーダンスへ周期的に変化する、
請求項２に記載の周波数選択リミッタ。
【請求項４】
第１及び第２の接地面を更に有し、
前記第１の接地面は、前記誘電体の第１層の第１の面の上に配置され、
前記第２の接地面は、前記誘電体の第２層の第２の面の上に配置される、
請求項２に記載の周波数選択リミッタ。
【請求項５】
前記誘電体の第１層と前記磁性材料との間に配置される導電パッドの第１の組と、
前記誘電体の第２層と前記第２磁性材料との間に配置される導電パッドの第２の組と
を更に有する、請求項４に記載の周波数選択リミッタ。
【請求項６】
前記誘電体の第１層の中に配置されるビアの第１の組と、
前記誘電体の第２層の中に配置されるビアの第２の組と
を更に有する、請求項５に記載の周波数選択リミッタ。
【請求項７】
前記ビアの第１の組は、前記第１の接地面を前記導電パッドの第１の組へ結合し、前記ビアの第２の組は、前記第２の接地面を前記導電パッドの第２の組へ結合して、前記遅波構造内で低インピーダンスストリップライン区間及び高インピーダンスストリップライン区間の交互の区間を形成する、
請求項６に記載の周波数選択リミッタ。
【請求項８】
低インピーダンスストリップライン区間及び高インピーダンスストリップライン区間の前記交互の区間は、前記遅波構造を伝播する磁気エネルギを前記第１及び第２の磁性層に結合し、該磁気エネルギは、所定の電力閾値を上回る電力レベルを有する、
請求項７に記載の周波数選択リミッタ。
【請求項９】
当該周波数選択リミッタは、入力インピーダンスＺ０を有している伝送線路であり、該伝送線路は、一対の第２伝送線路区間の間に配置される第１伝送線路区間を含み、該第１伝送線路区間は、Ｚ０よりも高いインピーダンスＺＨを有し、前記一対の第２伝送線路区間は、Ｚ０よりも低いインピーダンスＺＬを有する、
請求項２に記載の周波数選択リミッタ。
【請求項１０】
前記第１伝送線路区間及び前記一対の第２伝送線路区間は夫々が、前記遅波構造を伝播する電磁エネルギの通常動作波長よりも短い長さを有する、
請求項９に記載の周波数選択リミッタ。
【請求項１１】
遅波構造を伝播する電磁エネルギによって生成される磁界を磁性材料に磁気結合する前記磁性材料と、
前記磁性材料の上に配置され、前記磁性材料よりも低い比誘電率を有している誘電体層と
を有し、
前記遅波構造は、入力インピーダンスＺ０を有し、インピーダンスは、前記電磁エネルギが前記遅波構造を伝播するにつれて、Ｚ０よりも大きいインピーダンスから、Ｚ０よりも小さいインピーダンスへ周期的に変化する、
周波数選択リミッタ。
【請求項１２】
前記誘電体層の第１の面の上に配置される接地面
を更に有する、請求項１１に記載の周波数選択リミッタ。
【請求項１３】
前記誘電体層と前記磁性材料との間に配置される導電パッドの組
を更に有する、請求項１２に記載の周波数選択リミッタ。
【請求項１４】
前記誘電体層の中に配置されるビアの組を更に有し、
前記ビアの組は、前記接地面を前記導電パッドの組へ結合して、前記遅波構造内で低インピーダンスマイクロストリップ区間及び高インピーダンスマイクロストリップ区間の交互の区間を形成する、
請求項１３に記載の周波数選択リミッタ。
【請求項１５】
低インピーダンスマイクロストリップ区間及び高インピーダンスマイクロストリップ区間の前記交互の区間は、前記遅波構造を伝播する前記電磁エネルギを前記磁性材料に結合し、該電磁エネルギは、所定の電力閾値を上回る電力レベルを有する、
請求項１４に記載の周波数選択リミッタ。
【請求項１６】
第１及び第２の反対の面を夫々有している誘電体の第１及び第２の層と、
第１及び第２の反対の面を夫々有している磁性材料の第１及び第２の層であり、前記誘電体の第１の層の第２の面が前記第１磁性材料の第１の面の上に配置され、前記誘電体の第２の層の第１の面が前記第２磁性材料の第２の面の上に配置され、前記誘電体が前記磁性材料よりも低い比誘電率を有している、前記磁性材料の第１及び第２の層と、
前記磁性材料の第１及び第２の層の間に配置されるストリップ導体と
を有し、
遅波構造は、入力インピーダンスＺ０を有する伝送線路であり、該伝送線路は、第１伝送線路区間及び一対の第２伝送線路区間を含み、前記第１伝送線路区間は、Ｚ０よりも高いインピーダンスＺＨを有し、前記一対の第２伝送線路区間は、Ｚ０よりも低いインピーダンスＺＬを有する、
周波数選択リミッタ。
【請求項１７】
インピーダンスは、電磁エネルギが前記遅波構造を伝播するにつれて、Ｚ０よりも大きいインピーダンスから、Ｚ０よりも小さいインピーダンスへ周期的に変化する、
請求項１６に記載の周波数選択リミッタ。
【請求項１８】
第１及び第２の接地面を更に有し、
前記第１の接地面は、前記誘電体の第１の層の第１の面の上に配置され、
前記第２の接地面は、前記誘電体の第２の層の第２の面の上に配置される、
請求項１６に記載の周波数選択リミッタ。
【請求項１９】
前記誘電体の第１の層と前記磁性材料との間に配置される導電パッドの第１の組と、
前記誘電体の第２層と前記第２磁性材料との間に配置される導電パッドの第２の組と
を更に有する、請求項１８に記載の周波数選択リミッタ。
【請求項２０】
前記誘電体の第１層の中に配置されるビアの第１の組と、
前記誘電体の第２層の中に配置されるビアの第２の組と
を更に有し、
前記ビアの第１の組は、前記第１の接地面を前記導電パッドの第１の組へ結合し、前記ビアの第２の組は、前記第２の接地面を前記導電パッドの第２の組へ結合して、前記遅波構造内で低インピーダンスストリップライン区間及び高インピーダンスストリップライン区間の交互の区間を形成する、
請求項１９に記載の周波数選択リミッタ。
【請求項２１】
前記第１伝送線路区間及び前記一対の第２伝送線路区間は夫々が、前記遅波構造を伝播する電磁エネルギの通常動作波長よりも短い長さを有する、
請求項１６に記載の周波数選択リミッタ。
【請求項２２】
遅波構造であって、
当該遅波構造を伝播する電磁エネルギによって生成される磁界を磁性材料に磁気結合する前記磁性材料の周囲に配置される誘電体の組み合わせを有し、
当該遅波構造は、入力インピーダンスＺ０を有し、インピーダンスは、前記電磁エネルギが当該遅波構造を伝播するにつれて、Ｚ０よりも大きいインピーダンスから、Ｚ０よりも小さいインピーダンスへ周期的に変化する、
遅波構造。
【請求項２３】
磁性材料と、
前記磁性材料の周囲に配置される誘電体と、
遅波構造を伝播する電磁エネルギによって生成される磁界を前記磁性材料に磁気結合するよう配置される前記遅波構造であって、入力インピーダンスＺ０を有する伝送線路であり、該伝送線路が、一対の第２伝送線路区間の間に配置される第１伝送線路区間を含み、該第１伝送線路区間がＺ０よりも高いインピーダンスＺＨを有し、前記一対の第２伝送線路区間がＺ０よりも低いインピーダンスＺＬを有する、前記遅波構造と
の組み合わせ。
【請求項２４】
前記第１伝送線路区間及び前記一対の第２伝送線路区間は夫々が、前記遅波構造を伝播する電磁エネルギの通常動作波長よりも短い長さを有する、
請求項２３に記載の組み合わせ。
【請求項２５】
磁性材料と、
前記磁性材料の周囲に配置される誘電体と、
遅波構造を伝播する電磁エネルギによって生成される磁界を前記磁性材料に磁気結合するよう配置される前記遅波構造であって、一対の第２伝送線路区間の間に配置される第１伝送線路区間を具備する伝送線路であり、前記第１伝送線路区間及び前記一対の第２伝送線路区間が、ストリップ導体及び少なくとも１つの接地面導体を有し、前記磁性材料が前記ストリップ導体と前記少なくとも１つの接地面導体との間に配置され、前記ストリップ導体が、一対の第２ストリップ導体区間の間に配置される第１ストリップ導体区間を有し、該第１ストリップ導体区間が、第１距離Ｄ１だけ、前記第１ストリップ導体区間の上に配置される前記接地面導体の部分から離され、前記一対の第２ストリップ導体区間が、第２距離Ｄ２だけ、前記一対の第２ストリップ導体区間の上に配置される前記接地面導体の部分から離され、Ｄ１及びＤ２が異なる距離である、前記遅波構造と
の組み合わせ。
【請求項２６】
磁性材料と、
前記磁性材料の周囲に配置される誘電体と、
遅波構造を伝播する電磁エネルギによって生成される磁界を前記磁性材料に磁気結合するよう配置される前記遅波構造であって、一対の第２伝送線路区間の間に配置される第１伝送線路区間を具備する伝送線路であり、前記第１伝送線路区間及び前記一対の第２伝送線路区間が、ストリップ導体及び一対の接地面導体を有し、前記ストリップ導体が、第１ストリップ導体区間及び一対の第２ストリップ導体区間を有し、前記第１ストリップ導体区間が前記一対の第２ストリップ導体区間の間に配置され、前記第１ストリップ導体区間が、第１距離Ｄ１だけ、前記第１ストリップ導体区間の上及び下に配置される前記一対の接地面導体の部分から離され、前記一対の第２ストリップ導体区間が、第２距離Ｄ２だけ、前記一対の第２ストリップ導体区間の上及び下に配置される前記接地面導体の部分から離され、Ｄ１及びＤ２が異なる距離である、前記遅波構造と
の組み合わせ。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
政府の権利
本発明は、合衆国海軍によって与えられた契約番号Ｎ００１７３−Ｃ−２０２０の下で政府支援によりなされたものである。政府は、本発明において一定の権利を有している。
【０００２】
関連出願の相互参照
本願は、２０１３年１１月１２日付けで出願された米国特許出願第１４／０７７９０９号の一部継続出願である。なお、この先願は、ありとあらゆる目的のために、その全文を参照により本願に援用される。
【０００３】
本開示は、周波数選択リミッタに概して関係がある。
【背景技術】
【０００４】
当該技術で知られているように、周波数選択リミッタ（ＦＳＬ；Frequency  Selective  Limiter）は、所定の閾電力レベルを上回る信号を減衰し、一方で、閾電力レベルを下回る信号を通す非線形受動素子である。ＦＳＬの重要な特徴は、高電力限界の周波数選択性であり、制限される信号に周波数が近い低電力信号は、影響を受けない。この意味において、ＦＳＬは、図１Ａ、１Ｂ及び１Ｃで表されているように狭い周波数帯域内で高電力信号を減衰させるよう自動的にチューニングする高Ｑ（＞１０００立証済み）ノッチフィルタとして動作する。図１Ａ、１Ｂ及び１Ｃは、典型的なＹＩＧ  ＦＳＬの周波数選択性を表す。すなわち、図１Ａでは、ＦＳＬへの入力の周波数応答が表されている。図１Ｂでは、ＦＳＬによる伝送損失の周波数応答が表されている。所定の電力閾レベルＰｔｈ（図１Ａ）を上回る電力レベルを有している入力信号における周波数成分に対しては相当な減衰が存在し、一方で、所定の電力閾レベルＰｔｈを下回る電力レベルを有している入力信号における周波数成分は減衰されずに（抵抗損失、インピーダンス不整合、などの小さい信号損失による減衰を除く。）ＦＳＬを通過することが分かる。図１Ｃには、複数の弱信号及び強信号に関して、出力電力スペクトルの周波数応答が表されている。ＦＳＬによれば、電力閾レベルは、主としてフェライト材料の構造によって設定される。例えば、単結晶ＹＩＧ材料は、ヘキサフェライト材料よりも低い多結晶ＹＩＧよりも低い電力閾値を与えるフェライト材料である。それらの材料の間の電力閾値の違いは、約１０〜２０ｄＢ程度であり、単結晶ＹＩＧは、最も低い約０から＋１０ｄＢｍを与える。やはり当該技術で知られているように、フェライトＦＳＬは、磁化フェライト材料の非線形応答に依存する。臨界のＲＦ磁界レベルを超えて、スピン歳差角度はフェライトにおいて飽和し、より高次のスピン波への結合が起こり始める。ＦＳＬへ供給されるＲＦエネルギは、約半分の信号周波数でスピン波へ有効に結合され、次いで熱に変換される。
【０００５】
制限の開始のための閾電力レベルは、補助的な共振ＦＳＬにおいて静電気波ＦＳＬのための＜−３０ｄＢｍから多結晶フェライトのための＞４０ｄＢｍにまで及ぶ。臨界ＲＦ磁界は、フェライト材料のスピン波線幅に直接比例する。液相エピタキシャル成長（ＬＰＥ；liquid  phase  epitaxy）イットリウム鉄ガーネット（ＹＩＧ；Yttrium-Iron-Garnet）は、それが、約０．２〜０．５エルステッド（Ｏｅ）程度で、全ての測定される材料の中で最も狭いスピン波線幅を有しているので、通常使用されている。この単結晶ＹＩＧアプローチは、弱信号の最も低い挿入損失及び最も高いＱフィルタリング応答を与えるとともに、約０ｄＢｍ程度の電力閾値を与えて、トータルとして、多種多様な用途のために材料を最も魅力あるものにする。ＦＳＬの典型的な実施には、干渉信号の磁気エネルギを磁性材料に結合するよう、図２に示されるように、誘電体のために２つのＹＩＧスラブ又はフィルムを用いるストリップラインマイクロ波伝送構造において一対の接地面導体の間に配置されるストリップ導体が含まれる。永久バイアス磁石は、図示されるように、両側に取り付けられるか、あるいは、構造の上部及び下部に取り付けられてよい。構造内の磁界の強さは、リミッタの動作帯域幅を定める。電磁石が使用されてよく、この場合に、ストリップラインに垂直な方向において巻線を設けるよう構造全体の周りにワイヤが巻き付けられる（図示せず。）。ＤＣ電流が、バイアス磁界を供給するよう巻線を流れる。バイアスは、リミッタの動作帯域幅を定めるよう選択される。スラブの厚さは、ＹＩＧフィルムを厚くすることが困難であるために一般的に１００μｍ以下であり、５０オームに厳密に整合された入力インピーダンスＺ０を達成するには、約２０μｍのストリップライン幅を必要とする。このアプローチは、製造するのが簡単であり、単結晶ＹＩＧ材料を使用する場合に約０ｄＢｍの臨界電力レベルを実現するための適切な磁界を供給する。ＦＳＬの電力閾レベルを下げる１つの方法は、より低い入力インピーダンス（５０オーム未満）のストリップラインを使用することであるが、リターン損失を犠牲にする。よって、より低い入力インピーダンスの構造を使用する場合に、インピーダンス整合構造が時々、インピーダンス整合を改善するために使用される。しかし、この技術は、帯域幅を狭め、ＦＳＬの挿入損失を増大させる。アプローチは、弱信号のための伝送構造に関連する抵抗損失を低減し、フェライト材料との信号の磁気結合をわずかに増大させる。
【発明の概要】
【０００６】
本開示は、磁性材料と誘電体との組み合わせを具備する周波数選択リミッタを対象とする。誘電体は、磁性材料よりも低い比誘電率比（relative  permittivity）又は比誘電定数（relative  dielectric  constant）εｒを有しており、機能強化されたマイクロ波伝送線路をもたらす。実施形態において、この設計は、磁性材料との信号の局所的な磁気相互作用を高めることによって周波数選択リミッタ（ＦＳＬ）全体の性能を改善し、それによって、所望の非線形挙動の開始のためのより低い閾値を達成する。ＦＳＬは、制限なしに、マイクロストリップ構造、ストリップライン構造又は共面（co-planer）構造を含む如何なるストリップ導体構造においても実装されてよい。
【０００７】
より低い電力閾値によれば、本開示はまた、製造に関連した複雑性を大いに低減しながら、より安価な材料（例えば、単結晶ＹＩＧの代わりに多結晶ＹＩＧ）の使用を可能にする。更に、挿入損失は、提案される構造によれば低いままであり、ＦＳＬ性能パラメータは、誘電体の材料特性を変更することよりもむしろ、伝送線路における設計変更により調整され得る。磁性基板の組に加えて一対の低誘電基板を使用することによって、遅波ＦＳＬ構造が、磁性材料の微細加工又はエッチングを必要とせずに、共通の製造技術を用いて製造され得、それによって、安価な解決法をもたらす。
【０００８】
ここで記載されるシステムは、次の特徴のうちの１つ以上を独立して、又は他の特徴と組み合わせて含んでよい。
【０００９】
一態様において、本開示は、遅波構造であって、当該遅波構造を伝播する電磁エネルギによって生成される磁界を磁性材料に磁気結合する前記磁性材料の周囲に配置される誘電体の組み合わせを有する前記遅波構造を対象とする。当該遅波構造は、入力インピーダンスＺ０を有し、インピーダンスは、前記電磁エネルギが当該遅波構造を伝播するにつれて、Ｚ０よりも大きいインピーダンスから、Ｚ０よりも小さいインピーダンスへ周期的に変化し得る。
【００１０】
他の態様において、本開示は、磁性材料と、該磁性材料の周囲に配置される誘電体と、遅波構造を伝播する電磁エネルギによって生成される磁界を前記（強）磁性材料に磁気結合するよう配置される前記遅波構造との組み合わせを対象とする。実施形態において、前記遅波構造は、入力インピーダンスＺ０を有する伝送線路である。該伝送線路は、一対の第２伝送線路区間の間に配置される第１伝送線路区間を含む。実施形態において、該第１伝送線路区間は、Ｚ０よりも高いインピーダンスＺＨを有し、前記一対の第２伝送線路区間は、Ｚ０よりも低いインピーダンスＺＬを有する。いくつかの実施形態では、前記第１伝送線路区間及び前記一対の第２伝送線路区間は夫々が、前記遅波構造を伝播する電磁エネルギの通常動作波長よりも短い長さを有する。
【００１１】
他の態様において、本開示は、磁性材料と、該磁性材料の周囲に配置される誘電体と、遅波構造を伝播する電磁エネルギによって生成される磁界を前記（強）磁性材料に磁気結合するよう配置される前記遅波構造とを含む組み合わせを対象とする。実施形態において、前記遅波構造は、一対の第２伝送線路区間の間に配置される第１伝送線路区間を具備する伝送線路である。前記第１伝送線路区間及び前記一対の第２伝送線路区間は、ストリップ導体及び少なくとも１つの接地面導体を含む。前記磁性材料は、前記ストリップ導体と前記少なくとも１つの接地面導体との間に配置されてよい。
【００１２】
いくつかの実施形態では、前記ストリップ導体は、一対の第２ストリップ導体区間の間に配置される第１ストリップ導体区間を含む。該第１ストリップ導体区間は、第１距離Ｄ１だけ、前記第１ストリップ導体区間の上に配置される前記接地面導体の部分から離されてよい。いくつかの実施形態では、前記一対の第２ストリップ導体区間は、第２距離Ｄ２だけ、前記一対の第２ストリップ導体区間の上に配置される前記接地面導体の部分から離され、Ｄ１及びＤ２は異なる距離である。
【００１３】
他の態様において、本開示は、磁性材料と、該磁性材料の周囲に配置される誘電体と、遅波構造を伝播する電磁エネルギによって生成される磁界を前記（強）磁性材料に磁気結合するよう配置される前記遅波構造とを含む組み合わせを対象とする。いくつかの実施形態では、前記遅波構造は、一対の第２伝送線路区間の間に配置される第１伝送線路区間を具備する伝送線路である。
【００１４】
実施形態において、前記第１伝送線路区間及び前記一対の第２伝送線路区間は、ストリップ導体及び一対の接地面導体を含む。前記ストリップ導体は、第１ストリップ導体区間及び一対の第２ストリップ導体区間を含み、前記第１ストリップ導体区間が前記一対の第２ストリップ導体区間の間に配置される。いくつかの実施形態では、前記第１ストリップ導体区間は、第１距離Ｄ１だけ、前記第１ストリップ導体区間の上及び下に配置される前記一対の接地面導体の部分から離される。前記一対の第２ストリップ導体区間は、第２距離Ｄ２だけ、前記一対の第２ストリップ導体区間の上及び下に配置される前記接地面導体の部分から離されてよく、Ｄ１及びＤ２は異なる距離である。
【００１５】
他の態様において、本開示は、周波数選択リミッタを対象とする。当該周波数選択リミッタは、第１及び第２の反対の面を具備する誘電体の第１層と、第１及び第２の反対の面を具備する磁性材料の第１層とを含む。実施形態において、前記誘電体の第１層の第２の面は、前記第１磁性材料の第１の面の上に配置され、前記誘電体は、前記磁性材料よりも低い比誘電率を有している。ストリップ導体は、前記磁性材料の第１層の上に配置される。
【００１６】
いくつかの実施形態では、当該周波数選択リミッタは、第１及び第２の反対の面を具備する誘電体の第２層と、第１及び第２の反対の面を具備する磁性材料の第２層とを含む。前記誘電体の第２層の第１の面は、前記第２磁性材料の第２の面の上に配置され、前記ストリップ導体は、前記磁性材料の第１層と前記磁性材料の第２層との間に配置される。
【００１７】
実施形態において、前記誘電体の第１層及び前記誘電体の第２層並びに前記磁性材料の第１層及び前記磁性材料の第２層の組み合わせは、入力インピーダンスＺ０を有している遅波構造を含む。インピーダンスは、電磁エネルギが前記遅波構造を伝播するにつれて、Ｚ０よりも大きいインピーダンスから、Ｚ０よりも小さいインピーダンスへ周期的に変化し得る。
【００１８】
いくつかの実施形態において、当該周波数選択リミッタは、第１及び第２の接地面を含む。前記第１の接地面は、前記誘電体の第１層の第１の面の上に配置され、前記第２の接地面は、前記誘電体の第２層の第２の面の上に配置される。当該周波数選択リミッタは、前記誘電体の第１層と前記磁性材料との間に配置される導電パッドの第１の組と、前記誘電体の第２層と前記第２磁性材料との間に配置される導電パッドの第２の組とを含んでよい。
【００１９】
実施形態において、ビアの第１の組は、前記誘電体の第１層の中に配置され、ビアの第２の組は、前記誘電体の第２層の中に配置される。前記ビアの第１の組は、前記第１の接地面を前記導電パッドの第１の組へ結合し、前記ビアの第２の組は、前記第２の接地面を前記導電パッドの第２の組へ結合して、前記遅波構造内で低インピーダンスストリップライン区間及び高インピーダンスストリップライン区間の交互の区間を形成する。低インピーダンスストリップライン区間及び高インピーダンスストリップライン区間の前記交互の区間は、前記遅波構造を伝播する磁気エネルギを前記第１及び第２の磁性層に結合する。前記磁気エネルギは、所定の電力閾値を上回る電力レベルを有してよい。
【００２０】
いくつかの実施形態において、当該周波数選択リミッタは、入力インピーダンスＺ０を有している伝送線路である。該伝送線路は、一対の第２伝送線路区間の間に配置される第１伝送線路区間を含む。該第１伝送線路区間は、Ｚ０よりも高いインピーダンスＺＨを有してよく、前記一対の第２伝送線路区間は、Ｚ０よりも低いインピーダンスＺＬを有する。実施形態において、前記第１伝送線路区間及び前記一対の第２伝送線路区間は夫々が、前記遅波構造を伝播する電磁エネルギの通常動作波長よりも短い長さを有する。
【００２１】
他の態様において、本開示は、周波数選択リミッタを対象とする。当該周波数選択リミッタは、遅波構造を伝播する電磁エネルギによって生成される磁界を磁性材料に磁気結合する前記磁性材料と、該磁性材料の上に配置される誘電体層とを含む。実施形態において、前記誘電体層は、前記磁性材料よりも低い比誘電率を有している。前記遅波構造は、入力インピーダンスＺ０を有してよく、インピーダンスは、前記電磁エネルギが前記遅波構造を伝播するにつれて、Ｚ０よりも大きいインピーダンスから、Ｚ０よりも小さいインピーダンスへ周期的に変化し得る。
【００２２】
いくつかの実施形態では、接地面が、前記誘電体層の第１の面の上に配置される。導電パッドの組が、前記誘電体層と前記磁性材料との間に配置されてよい。更には、ビアの組が、前記誘電体層の中に配置されてよい。実施形態において、前記ビアの組は、前記接地面を前記導電パッドの組へ結合して、前記遅波構造内で低インピーダンスストリップライン及び高インピーダンスストリップラインの交互の区間を形成する。いくつかの実施形態では、低インピーダンスストリップライン及び高インピーダンスストリップラインの前記交互の区間は、前記遅波構造を伝播する前記電磁エネルギを前記磁性材料に結合する。
【００２３】
他の態様において、本開示は、第１及び第２の反対の面を夫々有している誘電体の第１及び第２の層を含む周波数選択リミッタを対象とする。当該周波数選択リミッタは、第１及び第２の反対の面を夫々有している磁性材料の第１及び第２の層を更に含む。前記誘電体の第１の層の第２の面は、前記第１磁性材料の第１の面の上に配置され、前記誘電体の第２の層の第１の面は、前記第２磁性材料の第２の面の上に配置される。実施形態において、前記誘電体は、前記磁性材料よりも低い比誘電率を有している。ストリップ導体は、前記磁性材料の第１及び第２の層の間に配置されてよい。
【００２４】
実施形態において、遅波構造は、入力インピーダンスＺ０を有する伝送線路であり、該伝送線路は、第１伝送線路区間及び一対の第２伝送線路区間を含み、前記第１伝送線路区間は、Ｚ０よりも高いインピーダンスＺＨを有し、前記一対の第２伝送線路区間は、Ｚ０よりも低いインピーダンスＺＬを有する。いくつかの実施形態では、インピーダンスは、電磁エネルギが前記遅波構造を伝播するにつれて、Ｚ０よりも大きいインピーダンスから、Ｚ０よりも小さいインピーダンスへ周期的に変化する。
【００２５】
実施形態において、当該周波数選択リミッタは、第１及び第２の接地面を含む。前記第１の接地面は、前記誘電体の第１の層の第１の面の上に配置され、前記第２の接地面は、前記誘電体の第２の層の第２の面の上に配置される。導電パッドの第１の組は、前記誘電体の第１の層と前記磁性材料との間に配置されてよく、導電パッドの第２の組は、前記誘電体の第２層と前記第２磁性材料との間に配置される。
【００２６】
実施形態において、ビアの第１の組は、前記誘電体の第１層の中に配置され、ビアの第２の組は、前記誘電体の第２層の中に配置される。前記ビアの第１の組は、前記第１の接地面を前記導電パッドの第１の組へ結合し、前記ビアの第２の組は、前記第２の接地面を前記導電パッドの第２の組へ結合して、前記遅波構造内で低インピーダンスストリップライン区間及び高インピーダンスストリップライン区間の交互の区間を形成する。実施形態において、前記第１伝送線路区間及び前記一対の第２伝送線路区間は夫々が、前記遅波構造を伝播する電磁エネルギの通常動作波長よりも短い長さを有する。
【００２７】
本発明者は、遅波構造（ＳＷＳ；slow  wave  structure(s)）が、同じ物理長さに関して、より長い時間遅延を生じさせるために使用されてきたが、彼らは、局所的に強い磁界を生じさせることにおいてＳＷＳの特性を利用することを認めている。構造は、局所的に強い磁気結合を生じさせ、それによって、材料特性に対する変更よりもむしろ電気設計により有効電力閾値を下げる。更には、極めて低い特性インピーダンスの周期的なセグメントを使用して、本発明者は、磁性基板（例えば、ＹＩＧ基板）とのマイクロ波信号の磁気相互作用を増大させ、それによって、非線形が現れる場合の有効電力閾値を下げて、所望の非線形挙動の開始のためのより低い閾値を達成する。これは、単結晶ＹＩＧ基板と同様の閾値及び損失性能を持った、より安価な多結晶ＹＩＧ材料の使用を可能にし、あるいは、単結晶材料とともに使用される場合には、感度の良い受信器アーキテクチャとの改善された互換性のために、より低い閾電力を可能にする。その上、磁界の局所的な強さのために設計する能力は、材料自体に対する変更なしで、その制限的な動作範囲のＦＳＬ変換特性のエンジニアリングを可能にする。更には、等しい長さの高インピーダンスセグメント及び低インピーダンスセグメントが使用される場合に、それらの生来の特性インピーダンスの積はＺ０２に等しく、５０Ω特性インピーダンスが複合伝送線路のために保たれる。
【００２８】
一実施形態において、ストリップ導体は、一対の第２ストリップ導体区間の間に配置される第１ストリップ導体区間を含み、該第１ストリップ導体区間は、第１距離Ｄ１だけ、前記第１ストリップ導体区間の上及び下に配置される一対の接地面導体の部分から離され、前記一対の第２ストリップ導体区間は、第２距離Ｄ２だけ、前記一対の第２ストリップ導体区間の上及び下に配置される前記接地面導体の部分から離され、Ｄ１及びＤ２は異なる距離である。この実施形態では、前記ストリップ導体の幅は、小信号挿入損失を最小限とする定数に設定されており、インピーダンスは、導電ビアを用いて前記接地面の垂直距離を変えることによって設定される。当該リミッタは５０．０Ωに整合され、一方、前記遅波構造の多数の低インピーダンス区間は、相当により高い磁気エネルギを前記磁性材料に結合して、電力閾値を局所的に低減させる。これは、同時にデバイスのリターン損失又は瞬時帯域幅を悪化させることなしに、トータルの有効電力閾値を低減させる。前記ストリップ導体の幅は、小信号挿入損失を最小限にする定数に設定されており、インピーダンスは、導電ビアを用いて前記接地面の垂直距離を変えることによって設定される。完全なＦＳＬコンポーネントが５０Ωに整合され、一方で、前記遅波構造の多数の低インピーダンス区間は、相当により高い磁気エネルギを材料に結合して、電力閾値を局所的に低減させる。これは、同時にデバイスのリターン損失又は瞬時帯域幅を悪化させることなしに、トータルの有効電力閾値を低減させる。
【００２９】
遅波構造によれば、高インピーダンスセグメントと低インピーダンスセグメントとの繰り返しの組が使用され、各セグメントは、波長（λ；λは遅波構造の通常動作波長である。）よりもずっと小さい（実際には、＜（λ）／１０であるが、小さければ小さいほど、ますます良い。）。セグメントは電気的に小さいので、伝送線路全体の実効インピーダンスは、２つのインピーダンスの積の平方根である。そのため、積はＺ０２であることが望ましい。例えば、構造は、１００Ωのインピーダンスセグメントと、２５Ωのインピーダンスセグメントとを有してよい。しかし、１０Ω及び２５０Ω、又は５Ω及び５００Ωが好まれ得る。ここで問題は＞１００Ω線路を達成することであるが、この最後の実施形態によれば、低インピーダンス区間のために垂直ビアを使用することで、これを達成することは、中心導体を極めて小さくすることよりむしろ、容易になる。なぜなら、接地面が、高インピーダンスを達成するようストリップ導体区間から離されるからである。
【００３０】
更に、ＦＳＬ性能パラメータは、誘電体の材料特性を最適化するよりむしろ、伝送線路における設計変更により調整され得る。ここで、電力閾値は、この場合に、材料特性及び伝送線路構造の両方の関数である。遅波構造は、磁性材料へのより強い磁気結合を特徴とするので、電力の有効な閾値は、より小さいＲＦ電力が同じ磁界強さを達成するために必要とされるということで、より低い。更なる利点は、特定の閾電力のために設計する能力である。磁性材料の磁気特性を調整することよりも、特定の磁界強さ（よって、閾電力レベルＰｔｈ）を供給するよう遅波構造を設計することの方がずっと容易である。
【００３１】
更に、らせん遅波構造が、ＲＦ信号を遅くするようＴＷＴＡ（traveling  wave  tube  amplifier(s)）において遅波構造として使用されてきた。それにより、ＲＦ信号の速度は、電子銃から生成された電子が管の他方の側で終端するようにらせんの中心を通って管の長さを下っている電子と同じである。電子及びＲＦ信号は同じ速度で移動しているので、それらは相互に作用し、ＲＦ信号の強さは、それがコイルを伝播するにつれて増大する。本発明者は、この場合に、電子ビームと相互作用する代わりに、磁性材料と相互作用するよう、らせん構造がらせんの中心又はコアで磁性材料とのＲＦ信号の磁気結合を強めるために使用され得、且つ、この相互作用が、信号を減衰させるようＲＦ信号の周波数の半分で磁性材料の結晶構造において熱を分散するスピン波を引き起こしうることを認識している。それらのスピン波は、エネルギを熱として消散させる。
【００３２】
当然ながら、ここで記載される種々の実施形態の要素は、先に具体的に示されていない他の実施形態を形成するよう組み合わされてよい。単一の実施形態との関連で記載される様々な要素はまた、別々に、又は適切な組み合わせにおいて、設けられてよい。ここで具体的に記載されない他の実施形態はまた、特許請求の範囲の適用範囲内にある。
【００３３】
本開示の１つ以上の実施形態の詳細は、添付の図面及び以下の説明で示される。本開示の他の特徴、目的、及び利点は、明細書及び図面並びに特許請求の範囲から明らかである。
【図面の簡単な説明】
【００３４】
【図１Ａ】先行技術に従う周波数選択リミッタ（ＦＳＬ）の周波数応答を表し、特に、ＦＳＬへの入力信号の周波数スペクトルを示す。
【図１Ｂ】先行技術に従う周波数選択リミッタ（ＦＳＬ）の周波数応答を表し、特に、ＦＳＬを通る伝送損失を示し、所定の電力閾レベルＰｔｈ（図１Ａ）を上回る電力レベルを有している入力信号における周波数成分に対しては相当な減衰が存在し、一方で、所定の電力閾レベルＰｔｈを下回る電力レベルを有している入力信号における周波数成分は減衰されずに（抵抗損失、インピーダンス不整合、などの小さい信号損失による減衰を除く。）ＦＳＬを通過することが分かる。
【図１Ｃ】先行技術に従う周波数選択リミッタ（ＦＳＬ）の周波数応答を表し、特に、複数の弱信号及び強信号に関してＦＳＬの出力電力スペクトルを示す。
【００３５】
【図２】先行技術に従うＦＳＬを示す。
【００３６】
【図３】本開示に従うＦＳＬの組立分解等角図である。
【００３７】
【図４】本開示の他の実施形態に従うＦＳＬの概略の等角図である。
【図４Ａ】本開示の他の実施形態に従うＦＳＬの概略の断面図である。
【００３８】
【図５Ａ】本開示の更なる他の実施形態に従うＦＳＬの断面図である。ＦＳＬは、磁性基板において形成されたらせん遅波構造を具備し、該構造がその周囲に配置されたらせんコイル導体を具備する。らせん遅波構造は、ＦＳＬ構造のための接地導体を設けるよう金属トレースを具備する誘電体スラブへ結合されている。なお、図５Ａの断面図は、図５Ｄにおける線５Ａ−５Ａに沿って得られる。
【図５Ｂ】本開示の更なる他の実施形態に従うＦＳＬにおいて、磁性基板の上から見た平面図である。なお、図５Ｂの上面図は、図５Ａにおける線５Ｂ−５Ｂによって指定される。
【図５Ｃ】本開示の更なる他の実施形態に従うＦＳＬにおいて、磁性基板の下から見た平面図である。なお、図５Ｃの底面図は、図５Ａにおける線５Ｃ−５Ｃによって示される。
【図５Ｄ】本開示の更なる他の実施形態に従うＦＳＬにおいて、下方の誘電体スラブの下から見た平面図である。なお、図５Ｄの底面図は、図５Ａにおける線５Ｄ−５Ｄによって示される。
【図５Ｅ】本開示の更なる他の実施形態に従って図５Ａ〜５Ｄのらせん遅波構造を具備するＦＳＬの概略の等角図である。
【００３９】
【図６】本開示の他の実施形態に従ってマイクロストリップ伝送線路を具備するＦＳＬの断面図である。
【００４０】
【図７】本開示の他の実施形態に従ってストリップライン伝送線路を具備するＦＳＬの端面図である。
【００４１】
【図７Ａ】図７における線７Ａ−７Ａにわたって得られるＦＳＬの断面図である。
【００４２】
様々な図面における同じ参照符号は、同じ要素を示す。
【発明を実施するための形態】
【００４３】
これより図３を参照すると、周波数選択リミッタ（ＦＳＬ）が示されている。リミッタ１０は、リミッタ１０の入力部からリミッタ１０の出力部まで一連の異なったインピーダンスＺＨＩＧＨ及びＺＬＯＷを具備するストリップラインマイクロ波伝送線路を有する遅波構造である。より具体的には、リミッタ１０は、磁性部材、ここではスラブ１２、１４、例えば、強磁性スラブ（例えば、ＹＩＧスラブ）１２、１４の対を含むとともに、図示されるように、スラブ１２、１４の間に挟まれたストリップ導体１６と、磁性スラブ１２、１４の外面上にある接地面導体１８、２０とを具備する。ストリップ導体１６は、図示されるように、狭い幅の区間１６Ｎと、より広い幅の区間１６Ｗとの間で、幅が変化する。ここで、遅波構造１０は、５０オームの入力インピーダンスＺ０を有し、狭い区間１６Ｎは、ここでは例えば２５０オームのインピーダンスを設け、より広い区間１６Ｗは、ここでは例えば１０オームを設ける。夫々の区間の長さは、ＦＳＬに入る電磁エネルギの通常動作波長よりも短い。夫々の区間のインピーダンスは、そのような区間のストリップ導体の幅によって設定される。広い区間１６Ｗ及び狭い区間１６Ｎのサイズ及び間隔は、５０オームの入力インピーダンスＺ０を遅波構造に与える。よって、狭い区間１６Ｎ及びより広い区間１６Ｗのインピーダンスは、ここでは、電磁エネルギが遅波構造１０を伝播するにつれて、Ｚ０よりも大きいインピーダンスからＺ０よりも小さいインピーダンスへ周期的に変化する。バイアス磁石１１、ここでは例えば永久磁石の従来の対は、構造の両側に取り付けられていることが分かる。永久バイアス磁石１１は、構造の上及び下に取り付けられてよい。構造内の磁界の強さは、リミッタの動作帯域幅を定める。電磁石が使用されてよく、この場合に、ストリップラインに垂直な方向において巻線を設けるよう構造全体の周りにワイヤが巻き付けられる（図示せず。）。ＤＣ電流が、バイアス磁界を供給するよう巻線を流れる。バイアスは、リミッタの動作帯域幅を定めるよう選択される。
【００４４】
遅波構造１０は、遅波構造１０の、より高い電力レベル（所定のＦＳＬ電力値閾値Ｐｔｈを上回る電力レベル）を有している入力干渉信号の磁気エネルギを、磁性スラブ１２、１４の磁性材料に結合する。すなわち、遅波構造１０は、遅波構造を伝播する電磁エネルギによって生成される磁界を磁性スラブ１２、１４に磁気結合するために使用される。
【００４５】
これより図４及び図４Ａを参照すると、遅波構造ＦＳＬ１０’が示されている。リミッタ１０’は、リミッタ１０’の入力部からリミッタ１０’の出力部まで一連の異なったインピーダンスＺＨＩＧＨ及びＺＬＯＷを具備するストリップラインマイクロ波伝送線路を有する遅波構造である。より具体的には、リミッタ１０’は、ふた組の磁性スラブ１２ａ、１２ｂ及び１４ａ、１４ｂを含むとともに、図示されるように、スラブ１２、１４の間に挟まれたストリップ導体１６と、磁性スラブ１２ａ、１４ａの外面上にある接地面導体１８、２０とを具備する。
【００４６】
より具体的には、磁性材料、ここでは例えば強磁性スラブ１２ａは、図示されるように、その外面の上に接地面導体１８を具備し、その内面の上に、領域２７ａによって横方向に間隔をあけられた一連の導電パッド２１を具備する。導電パッド２１は、図示されるように、導電パッド２１と接地面導体１８との間でスラブ１２ａを貫通する導電ビア２２によって接地面導体１８へ接続されている。
【００４７】
ストリップ導体１６と導電パッド２１との間には、図示されるように、強磁性スラブ１２ｂが配置されている。
【００４８】
同様に、磁性スラブ１４ａ、ここでは、同じく、例えば強磁性スラブは、図示されるように、その外面の上に接地面導体２０を具備し、その内面の上に、領域２７ｂによって横方向に間隔をあけられた一連の導電パッド２３を具備する。導電パッド２３は、図示されるように、導電パッド２３と接地面導体２０との間でスラブ１４ａを貫通する導電ビア２５によって接地面導体２０へ接続されている。
【００４９】
ストリップ導体１６と導電パッド２３との間には、図示されるように、強磁性スラブ１４ｂが配置されている。
【００５０】
導電パッド２１、２３（よって、実際には、電気的に接続されている接地面導体１８、２０）の夫々とストリップ導体１６との間の距離Ｄ１は、領域２７ａ、２７ｂにおけるストリップ導体１６と接地面導体１８、２０との間の距離Ｄ２よりも短いことが分かる。よって、領域２７ａ、２７ｂにおけるインピーダンスＺＨＩＧＨは、導電パッド２１、２３を具備する領域におけるインピーダンスＺＬＯＷよりも大きい。このようにして、ここで、先と同じく、遅波構造１０’は、５０オームの入力インピーダンスＺ０を有し、領域２７ａ、２７ｂは、ここで例えば２５０オームのインピーダンスを設け、導電パッド２１、２３を通る領域は、ここで例えば１０オームのインピーダンスを設ける。サイズ及び距離Ｄ１、Ｄ２は、５０オームの入力インピーダンスＺ０を遅波構造に与える。このようにして、インピーダンスは、先と同じく、電磁エネルギが遅波構造１０’を伝播するにつれて、Ｚ０よりも大きいインピーダンスからＺ０よりも小さいインピーダンスへ周期的に変化する。夫々の区間のインピーダンスは、距離Ｄ１及びＤ２によって設定される。
【００５１】
この実施形態では、ストリップ導体１６の幅は、小信号挿入損失を最小限にする定数に設定され、インピーダンスは、ビア２２を用いて接地面１８、２０の垂直距離を変えることによって設定される。完全なＦＳＬコンポーネントが５０Ωに整合され、一方で、遅波構造の多数の低インピーダンス区間は、相当により高い磁気エネルギを強磁性スラブに結合して、電力閾値Ｐｔｈを局所的に低減させる。これは、同時にデバイスのリターン損失又は瞬時帯域幅を悪化させることなしに、トータルの有効電力閾値を低減させる。これより図５Ａ〜５Ｅを参照すると、ＦＳＬの他の実施形態が示されている。ここで、ＦＳＬは、図示されるように、磁性、ここでは強磁性（例えば、ＹＩＧ）基板３０から作られた磁性体３０を具備するらせん遅波構造１０’である。基板３０は、らせん導体又はコイル３２のための磁気コアを設ける。らせん導体３２は、コイル３２における隣接した巻きからの増強により、強磁性材料中心、すなわちコア３０の中で強い磁界を形成するために使用される。コイル３２は、コイル３２の上側をコイル３２の下側へ接続するよう導電ビア３４を有して実装される。コイルの外側の磁界は比較的小さいので、コイル構造３２の外側に追加の磁性（例えば、ＹＩＧ）基板（図示せず。）を具備することは有益でないことがある。１つの応用において、コイルのための接地基準は、支持誘電体スラブ３８の下側に画定された金属トレース３６を含む。誘電体スラブ３８は、磁性体３０の底面に結合され、これによって、支持誘電体は、コイル３２を含む強磁性コア（又は基板）に取り付けられる。この応用では、誘電体スラブ３８の誘電体材料は、ＦＲ−４又はロジャース・コーポレーション、ロジャース、ＣＴラミネート材料のような非磁性材料である。１つの応用において、最低臨界磁界は、静磁界及びＲＦ誘導磁界が平行であるときに達成される。
【００５２】
一対のバイアス磁石１１、ここでは永久磁石が含まれることが分かる。構造内の磁界の強さは、リミッタの動作帯域幅を定める。コイル構造は、磁石１１によって生成される磁界の軸方向に垂直に方向付けられる。バイアスの場合に、永久磁石１１は、両側又は上下に沿ってではなくコイルの両端に配置されることが分かる。
【００５３】
これより図６を参照すると、周波数選択リミッタ４０は、誘電体４４の上に配置される磁性材料４２を含む。誘電体４４は、次いで、接地面５０の上に配置される。磁性材料４２は、第１及び第２の反対の面４２ａ、４２ｂを具備し、誘電体４４も、第１及び第２の反対の面４４ａ、４４ｂを具備する。図６の実例となる実施形態では、磁性材料４２の第２の面４２ｂが、誘電体４４の第１の面４４ａの上に配置されている。ストリップ導体４６は、磁性材料４２の第１の面４２ａの上に配置され、それにより、接地面５０、誘電体４４及び磁性材料４２はマイクロストリップ伝送線路構造を形成する。
【００５４】
実施形態において、誘電体４４は、磁性材料４２よりも低い比誘電率又は比誘電定数εｒを有している。いくつかの実施形態では、磁性材料４２は、イットリウム鉄ガーネット（ＹＩＧ）のような強磁性材料として設けられてよく、誘電体４４は、ＦＲ−４ラミネート材料又はロジャース・コーポレーション、ロジャース、ＣＴラミネート材料（例えば、ＲＯ４００３ラミネート）のような非磁性材料として設けられてよい。同様の機械的及び電気的特性を有している他の材料が当然ながら使用されてよい。例えば、制限なしに、磁性材料４２は、単結晶ＹＩＧ、多結晶ＹＩＧ、ヘキサフェライトＹＩＧ又は様々なドープされたＹＩＧ材料として設けられてよい。更には、制限なしに、誘電体４４は、低い比誘電率（例えば、４に満たない比誘電定数）を有している如何なる材料も含んでよい。いくつかの実施形態では、誘電体４４は、アルミナ又は低温同時焼成セラミックス（ＬＴＣＣ；Low  Temperature  Co-fired  Ceramics）として設けられてよい。
【００５５】
導電ビア５４ａ〜５４ｘは、誘電体４４を貫いて配置され、接地面５０を、磁性材料４２の第２の面４２ｂと誘電体４４の第１の面４４ａとの間に配置された導電パッド５２の第１の組へ少なくとも電気的に結合してよい。導電ビア５４ａ〜５４ｘは、隣接する又は直ぐ隣の導電ビア５４から所定距離だけ間隔をあけられてよい。実施形態において、夫々の導電ビア５４ａ〜５４ｘは、少なくとも１つの導電パッド５２と整列される。実施形態において、導電ビア５４ａ〜５４ｘは、接地面５０及びストリップ導体４６が位置する平面にそれらが垂直であるように、形成されてよい。
【００５６】
実施形態において、領域５６は、夫々の導電パッド５２の間に形成される。領域５６は、製造中に夫々の導電パッド５２の間に形成されたギャップ内にリフローした誘電体４４の部分を含んでよい。いくつかの実施形態で、領域５６は、誘電体４４を磁性材料４２に結合する接着剤を含む。例えば、接着剤は、誘電体４４に設けられた同じ材料のより低い融解温度の種類として設けられてよい。他の実施形態では、領域５６は、誘電体４４において設けられた材料とは異なる誘電体媒質として設けられてよい。
【００５７】
いくつかの実施形態で、導電パッド５２の夫々は、夫々の導電パッド５２を磁性材料４２に接着するよう、少なくとも１つの面の上に配置された接着剤を含んでよい。接着剤は、導電パッド５２の上にごく薄い層において形成されてよい（例えば、約０．５ミルから約２ミルの範囲の厚さ）。当然に、当業者は、特定の組の材料が選択されると、如何にして誘電体４４を磁性材料層に接着するかを理解するだろう。
【００５８】
導電ビア５４ａ〜５４ｘは、周波数選択リミッタ４０内で低インピーダンス部分のための接地面として動作してよい。例えば、図６の実例となる実施形態では、導電ビア５４ａ〜５４ｘは、周波数選択リミッタ４０内で低インピーダンスマイクロストリップ伝送線路及び高インピーダンスマイクロストリップ伝送線路の交互の区間を形成する。実施形態において、周波数選択リミッタ４０における低インピーダンス区間の数は、高インピーダンス区間の数に等しい。
【００５９】
実施形態において、特定のシステムの特性インピーダンスは、低インピーダンス区間と高インピーダンス区間との間のインピーダンス閾値を設定する。例えば、システムの特性インピーダンスよりも小さいインピーダンスを有している区間は、低インピーダンス区間であることができ、システムの特性インピーダンスよりも大きいインピーダンスを有している区間は、高インピーダンス区間であることができる。一実施形態では、５０オームの特性インピーダンスを有しているシステムによれば、低インピーダンス区間は、５０オームよりも小さいインピーダンスを有している区間を指す。同じ実施形態において、高インピーダンス区間は、５０オームよりも大きいインピーダンスを有している区間を指す。当然に、他のシステムは、５０オームよりも大きい又はそれよりも小さい特性インピーダンスを有してよい（例えば、４０オーム又は６０オームの特性インピーダンスが望まれ得る。）。一例となる実施形態では、低インピーダンス区間は、３０オームよりも小さいインピーダンスを有し、高インピーダンス区間は、７５オームよりも大きいインピーダンスを有する。
【００６０】
このように、実施形態において、周波数選択リミッタ４０は、マイクロストリップマイクロ波伝送線路を具備し、周波数選択リミッタ４０の入力部から周波数選択リミッタ４０の出力部まで一連の異なったインピーダンスＺＨＩＧＨ及びＺＬＯＷを具備する遅波構造である。
【００６１】
いくつかの実施形態において、一対の隣接する又は直ぐ隣の区間（すなわち、１つの低インピーダンス区間及び１つの高インピーダンス区間）は単位セルを形成する。各単位セル間の間隔は、同じか又は実質的に同様であってよい。例えば、各単位セルは、等しい長さ及び幅を有してよい。単位セルの長さ及び幅は、周波数選択リミッタ４０の特定の動作周波数又は動作周波数の範囲に基づき、選択されてよい。例えば、一実施形態において、各単位セルは、約４０ミルの長さを有してよい。これは、最大で約５ＧＨｚの周波数まで有用な動作を提供する。他の実施形態では、各単位セルは、約２０ミルの長さを有してよい。これは、最大で約１０ＧＨｚの周波数まで有用な動作を提供する。
【００６２】
いくつかの実施形態において、夫々の導電パッド５２の長さ（すなわち、ストリップ導体４６の長さに平行な寸法）は、その対応する単位セルの長さに等しいか又はその約半分であってよい。例えば、単位セルが約２０ミルの長さを有している実施形態では、夫々の導電パッド５２は、約１０ミルの長さを有し得る。
【００６３】
夫々の導電パッド５２は、マイクロストリップ（又はストリップライン）伝送線路モードをサポートするほど十分に広い幅（すなわち、ストリップ導体４６の長さに垂直な寸法）を有しながら設けられてよい。例えば、いくつかの実施形態では、夫々の導電パッド５２は、夫々の導電パッド５２とストリップ導体４６との間の距離の少なくとも３倍である幅を有しながら設けられてよい。
【００６４】
いくつかの実施形態で、導電ビア５４ａ〜５４ｘの夫々の幅（例えば、磁性材料４２の第２の面４２ｂと誘電体４４の第１の面４４ａとの間に導電パッド５２の第１の組が配置されている平面に平行な平面に沿った寸法）は、それが対応する導電パッド５２の最小の寸法（すなわち、長さ又は幅）よりも小さいように設けられてよい。
【００６５】
一実施形態において、導電パッド５２の夫々は、同じか又は実質的に同様の寸法を有し、導電ビア５４ａ〜５４ｘの夫々は、同じか又は実質的に同様の寸法を有し、このようにして、周波数選択リミッタ４０は、概して対称な構造として設けられ得る。
【００６６】
実施形態において、周波数選択リミッタ４０内のインピーダンスは、接地面とストリップ導体４６との間の垂直距離を変えることによって、設定又は制御され得る。例えば、導電パッド５２（導電パッド５２が結合されている接地面として動作する。）からストリップ導体４６までの距離Ｄ１は、導電ビア５４が配置されていない領域５６における接地面５０とストリップ導体４６との間の距離Ｄ２よりも短い。このようにして、領域５６におけるインピーダンスＺＨＩＧＨは、導電パッド５２を有する領域におけるインピーダンスＺＬＯＷよりも大きい。
【００６７】
低インピーダンスマイクロストリップ線路及び高インピーダンスマイクロストリップ線路の交互の区間は、遅波構造を伝播する磁気エネルギを磁性材料４２に結合する。実施形態において、周波数選択リミッタ４０の所定の電力レベル閾値以上の電力レベルを有する磁気エネルギが磁性材料４２に結合される。周波数選択リミッタ４０における磁性材料４２と誘電体４４との組み合わせは、磁性材料４２への磁気エネルギの磁気結合を増大させる。例えば、複数の低インピーダンスマイクロストリップ伝送線路は、相当により高い磁気エネルギを磁性材料４２に結合し、このようにしてトータルの有効電力閾値を下げる。
【００６８】
これより図７及び７Ａ（同じ要素は、同じ参照符号を付して設けられている。）を参照すると、周波数選択リミッタ６０は、ストリップ導体６６の周囲に配置される一対の磁性材料６２、６３と、一対の誘電体６４、６５とを含み、誘電体６４、６５のうちの第１誘電体は、磁性材料６２、６３のうちの第１磁性材料の上に配置され、誘電体６４、６５のうちの第２誘電体は、磁性材料６２、６３のうちの第２磁性材料の上に配置される。実施形態において、周波数選択リミッタ６０は、ストリップライン伝送線路構造を具備する多層周波数選択リミッタとして設けられる。例えば、ストリップ導体６６は、第１磁性材料６２の面６２ｂと第２磁性材料６３の面６３ａとの間に配置される。第１誘電体６４の第２の面６４ｂは、第１磁性材料６２の第１の面６２ａの上に配置される。第１接地面７０ａは、第１誘電体６４の第１の面６４ａの上に配置される。更には、第２磁性材料６３の第２の面６３ｂは、第２誘電体６５の第１の面６５ａの上に配置される。第２誘電体６５の第２の面６５ｂは、第２接地面７０ｂの上に配置される。
【００６９】
実施形態において、周波数選択リミッタ６０は、ふた組の導電パッド７２、７３を含む。夫々の組は、磁性材料６２、６３と誘電体６４、６５との間に配置されてよい。例えば、図７に表されるように、導電パッド７２の第１の組は、第１誘電体６４の第２の面６４ｂと第１磁性材料６２の第１の面６２ａとの間に配置される。更には、導電パッド７３の第２の組は、第２磁性材料６３の第２の面６３ｂと第２誘電体６５の第１の面６５ａとの間に配置される。
【００７０】
図７Ａから最も明らかに分かるように、ふた組の導電ビア７４ａ〜７４ｄ、７５ａ〜７５ｄは、誘電体層６４、６５の夫々１つを貫いて配置される。導電ビア７４ａ〜７４ｄ、７５ａ〜７５ｄの夫々１つは、パッド７２ａ〜７２ｄ及び７３ａ〜７３ｄの夫々１つを接地面７０ａ、７０ｂの夫々１つへ電気的に結合する。周波数選択リミッタ６０を通じて、ストリップ導体６６及び接地面によって形成されるストリップライン伝送線路に沿って伝播するＲＦ信号に与えられるインピーダンスを変えるよう、接地面７０ａ、７０ｂとストリップ導体６６との間の垂直距離が制御され得る。
【００７１】
図７Ａの実例となる実施形態では、誘電体６４、６５の夫々１つを貫いて配置されている導電ビア７４ａ〜７４ｄ、７５ａ〜７５ｄは、接地面７０ａ、７０ｂの夫々１つを導電パッド７２ａ〜７２ｄの夫々１つへ電気的に結合し、それによって、周波数選択リミッタ６０内で低インピーダンスストリップライン区間７６及び高インピーダンスストリップライン区間７８の交互の区間を形成する。このように、実施形態において、周波数選択リミッタ６０は、周波数選択リミッタ６０の入力部から周波数選択リミッタ６０の出力部まで一連の異なったインピーダンスＺＨＩＧＨ７８及びＺＬＯＷ７６を具備するストリップラインマイクロ波伝送線路を具備する遅波構造である。
【００７２】
低インピーダンスストリップライン７６及び高インピーダンスストリップライン７８の交互の区間は、遅波構造を伝播する電磁エネルギを磁性材料６２、６３の組に結合する。
【００７３】
実施形態において、極めて低い特性インピーダンス（例えば、システム特性インピーダンスよりも小さいインピーダンスを有する低インピーダンスストリップライン７６）を具備する交互の（すなわち、周期的な）セグメントを用いると、磁性材料６２、６３との信号の磁気相互作用は高められる。磁性材料６２、６３と誘電体６４、６５との組み合わせは、低インピーダンスストリップライン区間７６において、より高い磁界を磁性材料６２、６３に結合し得る。このように、周波数選択リミッタ６０についての、非線形性が起こる場合の有効電力閾値は、下げられる。実施形態において、非線形挙動を引き起こすのに必要な電力レベルを下げることによって、周波数選択リミッタ６０は、入力電力のより一層低いレベルのための保護を提供する。例えば、約１０ｄＢｍの電力閾値を有する一実施形態では、約５ｄＢｍの干渉信号が依然として問題を引き起こすことがある。しかし、約０ｄＢｍの低下した電力閾レベルを有する周波数選択リミッタ６０は、同じ５ｄＢｍの干渉信号に対する保護を提供し得る。
【００７４】
実施形態において、ストリップ導体６６の幅は、小信号挿入損失を低減（し、理想的には最小限に）する定数に設定され、インピーダンスは、接地面７０ａ、７０ｂの垂直距離、よって、導電ビア７４ａ〜７４ｄ、７５ａ〜７５ｄの長さを変えることによって、設定される。例えば、低インピーダンスストリップライン７６では、第１及び第２の接地面７０ａ、７０ｂは、ストリップ導体６６により近く（より高いキャパシタンス、よって、より低いインピーダンスを与える。）、高インピーダンスストリップライン７８では、第１及び第２の接地面７０ａ、７０ｂは、中心のストリップ導体６６からより遠く、より低い実効誘電定数（磁性材料６２、６３と誘電体６４、６５との組み合わせの関数）を有し、よって、より高いインピーダンスを与える。
【００７５】
周波数選択リミッタ６０の入力ポート及び出力ポートでのインピーダンスは、所望の特性インピーダンス（５０Ω特性インピーダンスのような、ＦＳＬが含まれるシステムの特性インピーダンス）に整合されてよい。しかし、同時に、遅波構造の多数の低インピーダンス区間は、大いにより高い磁気エネルギを磁性材料６２、６３に結合し、局所的に電力閾値（Ｐｔｈ）を下げる。例えば、周波数選択リミッタ６０の区間が低インピーダンスを有している場合に、無線周波数（ＲＦ）信号の磁界は、高インピーダンスを有している周波数選択リミッタ６０の区間よりも高い。このように、ここで記載されるＦＳＬ構造は、同時にデバイスのリターン損失又は瞬時帯域幅を悪化させることなしに、トータルの有効電力閾値を低減させることができる。
【００７６】
一例となる実施形態において、周波数選択リミッタ６０は、磁性材料６２、６３としての１００μｍ厚の多結晶ＹＩＧの２つの層と、誘電体６４、６５としての６０ミル厚のロジャース４００３の２つの層とを具備して形成される。第１接地面７０ａは、第１誘電体６４の第１の面６４ａの上に配置される。第１誘電体６４の第２の面６４ｂは、第１磁性材料６２の第１の面６２ａの上に配置される。ストリップ導体６６は、第１磁性材料６２の第２の面６２ｂと第２磁性材料６３の第１の面６３ａとの間に配置される。第２磁性材料６３の第２の面６３ｂは、第２誘電体６５の第１の面６５ａの上に配置される。第２誘電体６５は、第２接地面７０ｂの上に配置される。
【００７７】
そのような実施形態において、伝送線路の２０オーム区間は、ＹＩＧ接地面（すなわち、導電パッド７２、７３）が使用される場合に、約１７５μｍの幅を有しているストリップ導体（すなわち、ＺＬＯＷ７６）からもたらされ、一方、５０μｍ幅のストリップライン導体（すなわち、ＺＨＩＧＨ７８）は、誘電体６４、６５（例えば、ロジャース材）の外側部分における接地面７０ａ、７０ｂが使用される場合に、１２０オームのインピーダンスを達成する。
【００７８】
実施形態において、ストリップラインセグメント長さ７６、７８は、電気的に小さく、例えば、波長（λ；λは、周波数選択リミッタ６０の通常動作波長である。）よりも小さいように、形成される。例えば、一実施形態において、ストリップラインセグメント長さ７６、７８は、波長の１／１０に満たないように形成される（最大動作周波数で＜（１／１０）（λ））。これは、４９オームの特性インピーダンスと、１．４３の遅波係数とをもたらす。このように、低インピーダンスセグメント７６によって生じる磁界強度の増大は、５０オーム線路が使用されていた場合よりも早い開始時点で誘電体６４、６５（すなわち、ＹＩＧ材料）においてスピン波をアクティブにすることによって、周波数選択リミッタ６０の電力閾値を低減させる。
【００７９】
いくつかの実施形態では、導電ビア７４、７５及び接地面７０ａ、７０ｂは、誘電体６４、６４の上に又はその中に製造することによって形成されてよく、よって、誘電体６４、６５の微細加工又はエッチングは必要とされない。
【００８０】
本開示の多数の実施形態が記載されてきた。それでもなお、多数の変更が、本開示の精神及び適用範囲から逸脱することなしに行われてよいことが理解されるだろう。例えば、高インピーダンス線路及び低インピーダンス線路は、接地面の高さ及び中心の導体線路の幅の両方により変更されてよい。他の実施形態では、らせん遅波実施形態において、接地面基準は、コイルと金属シールドとの間にエア又は誘電ギャップを伴って金属コンテナシールド内にコイルを置くことによって現され得る。
【００８１】
然るに、他の実施形態は、特許請求の範囲の適用範囲内にある。
【図１Ａ】
2019502324.tif 000003
【図１Ｂ】
2019502324.tif 000004
【図１Ｃ】
2019502324.tif 000005
【図２】
2019502324.tif 000006
【図３】
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【図４】
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【図４Ａ】
2019502324.tif 000009
【図５Ａ】
2019502324.tif 000010
【図５Ｂ】
2019502324.tif 000011
【図５Ｃ】
2019502324.tif 000012
【図５Ｄ】
2019502324.tif 000013
【図５Ｅ】
2019502324.tif 000014
【図６】
2019502324.tif 000015
【図７】
2019502324.tif 000016
【図７Ａ】
2019502324.tif 000017
【手続補正書】
【提出日】平成30年7月11日(2018.7.11)
【手続補正１】
【補正対象書類名】特許請求の範囲
【補正対象項目名】全文
【補正方法】変更
【補正の内容】
【特許請求の範囲】
【請求項１】
第１及び第２の反対の面を具備する誘電体の第１層と、
第１及び第２の反対の面を具備する磁性材料の第１層であり、前記誘電体の第１層の第２の面が前記磁性材料の第１層の第１の面の上に配置され、前記誘電体が前記磁性材料よりも低い比誘電率を有している、前記磁性材料の第１層と、
第１及び第２の反対の面を具備する誘電体の第２層と、
第１及び第２の反対の面を具備する磁性材料の第２層であり、前記誘電体の第２層の第１の面が前記磁性材料の第２層の第２の面の上に配置される、前記磁性材料の第２層と、
前記磁性材料の第１層と前記磁性材料の第２層との間に配置されるストリップ導体と、
第１及び第２の接地面であり、前記第１の接地面が前記誘電体の第１層の第１の面の上に配置され、前記第２の接地面が前記誘電体の第２層の第２の面の上に配置される、前記第１及び第２の接地面と、
前記誘電体の第１層と前記磁性材料の第１層との間に配置される導電パッドの第１の組、及び前記誘電体の第２層と前記磁性材料の第２層との間に配置される導電パッドの第２の組と、
前記誘電体の第１層の中に配置されるビアの第１の組、及び前記誘電体の第２層の中に配置されるビアの第２の組と
を有し、
前記誘電体の第１層及び前記誘電体の第２層並びに前記磁性材料の第１層及び前記磁性材料の第２層の組み合わせは、入力インピーダンスＺ０を有している遅波構造を有し、
インピーダンスは、電磁エネルギが前記遅波構造を伝播するにつれて、Ｚ０よりも大きいインピーダンスから、Ｚ０よりも小さいインピーダンスへ周期的に変化する、
周波数選択リミッタ。
【請求項２】
前記ビアの第１の組は、前記第１の接地面を前記導電パッドの第１の組へ結合し、前記ビアの第２の組は、前記第２の接地面を前記導電パッドの第２の組へ結合して、前記遅波構造内で低インピーダンスストリップライン区間及び高インピーダンスストリップライン区間の交互の区間を形成する、
請求項１に記載の周波数選択リミッタ。
【請求項３】
低インピーダンスストリップライン区間及び高インピーダンスストリップライン区間の前記交互の区間は、前記遅波構造を伝播する磁気エネルギを前記磁性材料の第１層及び前記磁性材料の第２層に結合し、該磁気エネルギは、所定の電力閾値を上回る電力レベルを有する、
請求項２に記載の周波数選択リミッタ。
【請求項４】
前記遅波構造は、入力インピーダンスＺ０を有している伝送線路であり、該伝送線路は、一対の第２伝送線路区間の間に配置される第１伝送線路区間を含み、該第１伝送線路区間は、Ｚ０よりも高いインピーダンスＺＨを有し、前記一対の第２伝送線路区間は、Ｚ０よりも低いインピーダンスＺＬを有し、前記第１伝送線路区間は、前記ストリップ導体の部分と、前記磁性材料の第１層又は前記磁性材料の第２層の部分とを含み、前記一対の第２伝送線路区間は、前記ストリップ導体の部分と、前記磁性材料の第１層又は前記磁性材料の第２層の部分と、前記誘電体の第１層又は前記誘電体の第２層の部分とを含む、
請求項１に記載の周波数選択リミッタ。
【請求項５】
前記第１伝送線路区間及び前記一対の第２伝送線路区間は夫々が、前記遅波構造を伝播する電磁エネルギの通常動作波長よりも短い長さを有する、
請求項４に記載の周波数選択リミッタ。
【請求項６】
遅波構造を伝播する電磁エネルギによって生成される磁界を磁性材料に磁気結合する前記磁性材料と、
前記磁性材料の上に配置され、前記磁性材料よりも低い比誘電率を有している誘電体層と、
前記誘電体層の第１の面の上に配置される接地面と、
前記誘電体層と前記磁性材料との間に配置される導電パッドの組と、
前記誘電体層の中に配置されるビアの組であり、前記接地面を前記導電パッドの組へ結合して、前記遅波構造内で低インピーダンスマイクロストリップ区間及び高インピーダンスマイクロストリップ区間の交互の区間を形成する前記ビアの組と、
入力インピーダンスＺ０を有する前記遅波構造であり、前記低インピーダンスマイクロストリップ区間及び前記高インピーダンスマイクロストリップ区間の前記交互の区間が、前記電磁エネルギが前記遅波構造を伝播するにつれて、Ｚ０よりも大きいインピーダンスから、Ｚ０よりも小さいインピーダンスへ周期的に変化する、前記遅波構造と
を有する周波数選択リミッタ。
【請求項７】
前記低インピーダンスマイクロストリップ区間及び前記高インピーダンスマイクロストリップ区間の前記交互の区間は、前記遅波構造を伝播する前記電磁エネルギを前記磁性材料に結合し、該電磁エネルギは、所定の電力閾値を上回る電力レベルを有する、
請求項６に記載の周波数選択リミッタ。
【請求項８】
第１及び第２の反対の面を夫々有している誘電体の第１層及び誘電体の第２層と、
第１及び第２の反対の面を夫々有している磁性材料の第１層及び磁性材料の第２層であり、前記誘電体の第１層の第２の面が前記磁性材料の第１層の第１の面の上に配置され、前記誘電体の第２層の第１の面が前記磁性材料の第２層の第２の面の上に配置され、前記誘電体が前記磁性材料よりも低い比誘電率を有している、前記磁性材料の第１層及び磁性材料の第２層と、
前記磁性材料の第１層と前記磁性材料の第２層との間に配置されるストリップ導体と、
入力インピーダンスＺ０を有する伝送線路を有する遅波構造であり、該伝送線路が、第１伝送線路区間及び一対の第２伝送線路区間を含み、前記第１伝送線路区間は、Ｚ０よりも高いインピーダンスＺＨを有し、前記一対の第２伝送線路区間は、Ｚ０よりも低いインピーダンスＺＬを有する、前記遅波構造と
を有し、
前記第１伝送線路区間は、前記ストリップ導体の部分と、前記磁性材料の第１層又は前記磁性材料の第２層の部分とを含み、前記一対の第２伝送線路区間は、前記ストリップ導体の部分と、前記磁性材料の第１層又は前記磁性材料の第２層の部分と、前記誘電体の第１層又は第２層の部分とを含む、
周波数選択リミッタ。
【請求項９】
インピーダンスは、電磁エネルギが前記遅波構造を伝播するにつれて、Ｚ０よりも大きいインピーダンスから、Ｚ０よりも小さいインピーダンスへ周期的に変化する、
請求項８に記載の周波数選択リミッタ。
【請求項１０】
第１及び第２の接地面を更に有し、
前記第１の接地面は、前記誘電体の第１層の第１の面の上に配置され、
前記第２の接地面は、前記誘電体の第２層の第２の面の上に配置される、
請求項８に記載の周波数選択リミッタ。
【請求項１１】
前記誘電体の第１層と前記磁性材料の第１層との間に配置される導電パッドの第１の組と、
前記誘電体の第２層と前記磁性材料の第２層との間に配置される導電パッドの第２の組と
を更に有する、請求項１０に記載の周波数選択リミッタ。
【請求項１２】
前記誘電体の第１層の中に配置されるビアの第１の組と、
前記誘電体の第２層の中に配置されるビアの第２の組と
を更に有し、
前記ビアの第１の組は、前記第１の接地面を前記導電パッドの第１の組へ結合し、前記ビアの第２の組は、前記第２の接地面を前記導電パッドの第２の組へ結合して、前記遅波構造内で低インピーダンスストリップライン区間及び高インピーダンスストリップライン区間の交互の区間を形成する、
請求項１１に記載の周波数選択リミッタ。
【請求項１３】
前記第１伝送線路区間及び前記一対の第２伝送線路区間は夫々が、前記遅波構造を伝播する電磁エネルギの通常動作波長よりも短い長さを有する、
請求項８に記載の周波数選択リミッタ。
【国際調査報告】
2019502324.tif 000018
2019502324.tif 000019
2019502324.tif 000020